大质量恒星(>8个太阳质量)如何形成是现代天体物理的重要研究课题。尽管大质量恒星在宇宙空间数目比小质量恒星少(只占恒星数目的1%左右),但是贡献了大多数的恒星光度。大质量恒星快速演化过程中伴生的星际介质反馈及元素核合成过程,推动其所在星团、甚至整个星系结构和化学的演化。 微波和毫米波的脉泽类似于光学激光的非热辐射,天文观测发现它们通常与大质量恒星形成区成协,这些脉泽来自致密辐射区域(典型尺度在几到几十个天文单位的气体团块),且亮温度远高于热气体,是研究大质量年轻星周围(1000 天文单位)范围内气体运动和星际介质性质等的有效探针。 广州大学陈曦教授(中国科学院上海天文台特聘研究员)带领的研究团队,在天文脉泽与大质量恒星形成研究中取得进展。该团队利用上海65米射电望远镜(天马望远镜)首次在星际空间探测到异氰酸(HNCO)、重水(HDO)和甲醇同位素(13CH3OH)三种新的分子脉泽,并揭示它们正在示踪(大质量恒星形成过程中的)由引力不稳定性导致的星周盘碎裂产生的旋臂吸积流及间歇吸积现象。相关研究成果发表在
Nature Astronomy上。
三种新脉泽(HDO、HNCO和13CH3OH)是上海天马望远镜在2019年3月对一颗正处于6.7GHz甲醇脉泽闪耀阶段的大质量年轻恒星天体(G358.93-0.03)的监测中发现,甚大阵(VLA)高分辨率观测证实其脉泽辐射属性。VLA观测获得的三种新脉泽的高精度(约10 天文单位)空间分布,描绘了它们正在示踪由盘的碎裂而形成的旋臂吸积流结构。天马望远镜对这些新脉泽辐射流量的监测发现,它们具有异常快速的光变(在1个月时间内经历从爆发到极大再到最后消失的过程),这说明其可能是引力不稳定星周盘碎裂引起的间歇吸积现象。该现象导致年轻恒星的光度迅速上升,从而能有效地激发出强的、以前没有探测到的新的脉泽辐射。
无论是旋臂吸积流结构还是脉泽光度爆发现象,均被认为是与大质量年轻恒星天体盘的引力不稳定性有关联,但该工作首次从观测上将这两种现象在同一个目标(G358.93-0.03)上结合在一起,从多角度证实大质量恒星形成的间歇吸积现象。研究进一步表明,盘调制的间歇吸积可被认为是小质量恒星到高质量恒星形成的共同机制。
该研究工作由广州大学、中科院上海天文台、中科院国家天文台、南京大学,以及俄罗斯、英国、澳大利亚、南非、加拿大、荷兰、美国、日本、德国等国家的研究机构合作完成。

图1.左图:三种新分子脉泽的空间分布(au代表天文单位,1个天文单位是地球到太阳的平均距离);右图:大质量年轻恒星天体星周引力不稳定盘碎裂引起的旋臂吸积流的示意图,新分子脉泽(由彩色圆点表示)示踪两个吸积流旋臂。

图2.天马望远镜监测获得的HDO、HNCO和13CH3OH三种脉泽成分的峰值流量随时间的变化。这些脉泽成分辐射均展现了明显且快速的衰减现象,支持了大质量恒星形成的间歇吸积现象。
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